支链脂肪酸烷基酯的合成及润滑性能研究

发布时间：2020-06-20 13:46

【摘要】：废弃食用油脂是动植物油脂在食品加工或烹饪过程中产生的一类低品质、不可食用的油脂废弃物,主要成分是脂肪酸三甘酯。作为一种潜在的可再生资源,废弃食用油脂的资源化利用是实现废弃食用油脂“变废为宝”,解决食品安全与环境污染等问题的重要途径。废弃食用油脂的转化利用目前主要是合成生物柴油,但作为燃料使用,资源利用效率不够高。因此,以废弃食用油脂合成精细化学品已经成为了学术界和业界关注的热点。有鉴于此,本文以油酸甲酯(MO)在甲酸与双氧水体系下进行环氧化反应合成环氧油酸甲酯(EMO),用脂肪醇对环氧油酸甲酯改性得到支链脂肪酸烷基酯,并研究其应用性质。研究内容和结论如下:(1)以磷钨酸铝为催化剂,在室温条件下实现了环氧油酸甲酯与丁醇的开环反应合成了支链脂肪酸甲酯,即9(10)-羟基,10(9)-丁氧基脂肪酸甲酯(C4-BL1)。通过单因素实验,优化得到了适宜的反应条件:环氧油酸甲酯与丁醇摩尔比为1:2.5,磷钨酸铝催化剂用量为3.0 wt.%,反应温度为30°C,反应时间为30 min。优化反应条件下,环氧油酸甲酯的转化率≥99.0%,支链脂肪酸甲酯(C4-BL1)选择性≥99.0%。进一步,在该反应条件下,拓展反应底物脂肪醇,选用不同链长的脂肪醇(甲醇、乙醇、丙醇、己醇、辛醇)与环氧油酸甲酯进行开环反应,发现磷钨酸铝均展现出了良好的催化效果,开环反应能够得到不同支链链长的支链脂肪酸甲酯,环氧油酸甲酯的转化率≥99.0%,支链脂肪酸甲酯的选择性≥99.0%。(2)在上述研究基础之上,继续探索磷钨酸铝为催化剂条件下,“一锅法”实现环氧油酸甲酯与丁醇的醇解反应合成支链脂肪酸丁基酯,即9(10)-羟基,10(9)-丁氧基脂肪酸丁酯(C4-BL2)。通过考察不同反应因素对醇解反应的影响,确定了适宜的反应条件:环氧油酸甲酯与丁醇的摩尔比为1:4,磷钨酸铝催化剂用量为10.0 wt.%,反应温度为90°C,反应时间为10 h,环氧油酸甲酯的转化率≥99.0%,支链脂肪酸丁基酯(C4-BL2)的选择性≥98.0%。拓展反应底物丁醇到辛醇,发现磷钨酸铝仍具有较好的催化效果,环氧油酸甲酯的转化率≥99.0%,支链脂肪酸辛基酯(C8-BL2)的选择性≥89.0%。(3)测试研究了支链脂肪酸烷基酯的折射率、粘度、表面张力、减摩抗磨性能。发现:与环氧油酸甲酯相比,支链脂肪酸烷基酯的粘度、表面张力、减摩抗磨性能均有不同程度的改善;支链脂肪酸烷基酯链接的酯键与醚键上碳链的增加有利于减摩抗磨性能的改善;支链脂肪酸辛基酯C8-BL2的粘度最大,粘度为37.6 mm~2/s(40°C);C8-BL2的减摩抗磨性能最好,平均摩擦系数为0.107,下试件盘的体积磨损量为1.8×10~-33 mm~3。综上所述,支链脂肪酸烷基酯是一种具有潜在应用的润滑油基础油。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE626.3;X799.3
【图文】：

脂肪酸,基本结构,食用油脂,长链烃

图 1-1 脂肪酸三甘脂的基本结构式Fig. 1-1 Basic structure of the trigiycerides1-2[16]是废弃食用油脂的化学组成，以及基本理化性质，高温作用下，短链脂肪酸含量大大升高，但废弃食用油脂的偶数碳链的脂肪酸，这种带有不饱和双键的长链烃结构构为废弃食用油脂的化学改性提供了可能性。表 1-1 常见的脂肪酸结构[15]Table 1-1 Common fatty acid structures化学式 0） CH3(CH2)14COOH

油脂氢化,食用油脂,脂肪酸

、水解等工艺首先转化为脂肪酸甲酯、脂肪酸等，继续脂肪酸甲性的方法用于合成润滑油。择性氢化：废弃食用油脂选择性氢化法，是指在改善废弃食用时，不破坏其低温性能，即部分氢化废弃食用油脂中的双键，选图 1-2[36]，陈玉宝等[37]人以 Pt / SAPO-11 为催化剂，对废弃猪油油的转化率能达到 95 % 以上。Ying Zheng 等[38]人以 CoMoS 为选择性加氢反应，并研究了加氢过程中的反应动力学。Rogelio脱土负载钌催化剂对废弃食用油脂进行加氢处理，得到加氢后烷倾点降低到-15 °C。通过选择高效的催化剂，可以对废弃食用油选择性氢化在废弃食用油脂改性方面仍然存在问题，脂肪酸三甘位置异构生成反式脂肪酸，与脂肪酸三甘酯分子发生交联，从而生物降解性[40]。

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